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氨基酸发酵液电渗析脱盐的研究

作　者: 范爱勇
导　师: 高从堦
学　校: 中国海洋大学
专　业: 化学工程
关键词: 电渗析离子交换膜氨基酸发酵液脱盐
分类号: TQ922
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

氨基酸是含有氨基和羧基的一类有机化合物的通称,是生物功能分子蛋白质的基本组成单位,在食品工业、农业、畜牧业及人类健康、保健等方面有着广泛的应用。氨基酸的生产方法主要有直接提取法、化学合成法、化学合成-酶法和微生物发酵法,而微生物发酵法是目前工业上生产氨基酸最主要的方法。在发酵法生产氨基酸过程中发酵液成分非常复杂,要得到纯净的氨基酸需要对发酵液进行分离提纯,发酵液中的生物菌体、颗粒物、可溶性蛋白、残留营养物、残留发酵原料、微生物代谢副产物可通过超膜过滤技术进行去除,而发酵液中可溶解性物质(无机盐、杂酸等)与目标氨基酸的分离主要采用离子交换法。而传统的离子交换法的主要缺点是离子交换树脂需要再生,且再生过程中会用到大量的酸和碱,洗脱时会消耗大量的水,这不仅会因消耗大量的酸碱而花费大量的资金,而且会对环境造成很大的污染。传统的离子交换脱盐方法这些缺点都不符合现代绿色生产节能减排的要求,为了实现节能减排和绿色生产的目标,需采取一种更经济环保的脱盐处理技术。基于上述问题,本文采用电渗析技术对氨基酸发酵液进行脱盐,将发酵液的pH值控制在氨基酸的等电点附近,在通电条件下,发酵液中的阴阳离子发生迁移,而氨基酸则停留在发酵液中。本文选取两种氨基酸发酵液进行研究,主要研究内容和主要结论如下：1.采用异相离子交换膜电渗析对L-异亮氨酸发酵液进行脱盐,异亮氨酸的回收率随终点电导率的升高而增加,控制发酵液的pH值在等电点条件下异亮氨酸的回收率高于发酵液直接脱盐,但能耗较高。2.采用异相离子交换膜和均相离子交换膜对L-异亮氨酸发酵液直接进行脱盐,相比于异相离子交换膜,由于均相膜的选择性较高在相同的脱盐终点下,异亮氨酸的回收率更高。同时两种膜都在终点为2.0mS/cm时的回收率达到一个稳定的值,超过该值时,回收率的增加量较小。3.采用异相离子交换膜对L-缬氨酸发酵液直接进行脱盐,在脱盐终点电导率大于0.5mS/cm的范围内L-缬氨酸的回收率大于91.5%,并且随终点电导率的升高而增大。4.实验对最优脱盐终点时进行了经济核算,结果表明,对于L-异亮氨酸发酵液脱盐,由于均相膜价格的昂贵,采用异相离子交换膜的成本相对于均相膜要低,而能耗相对较高,但两种膜相对于离子交换树脂脱盐则都要低。对于两种发酵液电渗析的脱盐,其成本都要比离子交换树脂脱盐显著的降低。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-9
目录  9-11
1 文献综述  11-25
  1.1 氨基酸简介  11-13
    1.1.2 氨基酸的生产方法  11-12
    1.1.3 发酵法生产氨基酸的分离提纯现状  12-13
  1.2 电渗析技术  13-22
    1.2.1 电渗析原理  13-15
    1.2.2 电渗析技术的发展  15-17
    1.2.3 电渗析技术的应用  17-22
      1.2.3.1 浓缩海水制盐  17-18
      1.2.3.2 工业废水处理  18
      1.2.3.3 食品生产中的应用  18-20
      1.2.3.4 有机酸的生产  20-22
  1.3 电渗析技术在氨基酸脱盐中的应用  22-24
  1.4 本文的研究目的及方法  24-25
2 L-异亮氨酸发酵液异相膜脱盐  25-37
  2.1 引言  25-26
  2.2 实验部分  26-27
    2.2.1 实验设备  26
    2.2.2 L-异亮氨酸发酵液和离子交换膜  26-27
    2.2.3 分析方法  27
  2.3 结果与讨论  27-36
    2.3.1 L-异亮氨酸回收率  31-33
    2.3.2 发酵液体积的变化  33-34
    2.3.3 杂酸的脱除率  34-35
    2.3.4 能耗  35-36
  2.4 小结  36-37
3 L-异亮氨酸发酵液均相膜脱盐  37-42
  3.1 引言  37
  3.2 实验部分  37-38
    3.2.1 实验设备  37-38
    3.2.2 L-异亮氨酸发酵液和离子交换膜  38
  3.3 结果与讨论  38-41
    3.3.1 L-异亮氨酸回收率  38-40
    3.3.2 能耗  40-41
  3.4 小结  41-42
4 L-缬氨酸发酵液脱盐  42-50
  4.1 引言  42
  4.2 实验部分  42-43
  4.3 结果与讨论  43-49
    4.3.1 时间-电导率变化曲线  43-44
    4.3.2 时间-电流变化曲线  44-45
    4.3.3 发酵液pH值变化曲线  45-46
    4.3.4 残糖的变化  46-47
    4.3.5 L-缬氨酸回收率  47-48
    4.3.6 能耗  48-49
  4.4 小结  49-50
5 经济核算  50-60
  5.1 核算方法  50-51
  5.2 结果与讨论  51-58
    5.2.1 L-异亮氨酸发酵液的脱盐成本的核算  51-56
    5.2.2 L-缬氨酸发酵液脱盐成本的核算  56-58
  5.3 小结  58-60
6 结论  60-61
参考文献  61-65
个人简历  65
发表的学术成果  65-66
致谢  66

氨基酸发酵液电渗析脱盐的研究

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